JP7037302B2 - 測量データ処理装置、測量データ処理方法および測量データ処理用プログラム - Google Patents
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Description
(概要)
図1に実施形態の概要の全体図を示す。図1には、TS(トータルステーション)100、UAV200、PC(パーソナルコンピュータ)を利用して構成した測量データ処理装置400が示されている。UAV200は飛行しながらカメラ201による地上の撮影を行う。UAV200は、TS(トータルステーション)100により追跡され、且つ、その三次元位置が逐次測定される。TS100によるUAV200の追跡は、UAV200に搭載した反射プリズム202を追尾光により追尾することで行われる。TS100によるUAV200の測位は、反射プリズム202を対象としたレーザー測距により、TS100から見たUAV200の方向と距離を求めることで行われる。
(1)相互標定
航空写真画像に基づく任意スケールの相対三次元モデルの作成を行い、複数の画像間で特定された特徴点と各画像の撮影時におけるカメラ201の位置および姿勢の相対関係を特定する。
TS100が測位したカメラ201の位置(反射プリズムの位置を利用)を用いて上記(1)の相互標定で作成された相対三次元モデルにスケール(実際の値)を与え、カメラ201の絶対座標系における外部標定要素の絶対値を求める。
バンドル調整計算および反射プリズム位置とカメラ位置の関係を考慮した調整計算を同時に行い、特徴点の位置およびカメラの外部標定用要素の最適化を行う。
TS100からの測距光および追尾光の入射角に依存する反射プリズム202における反射点位置の偏差を考慮した(3)の調整計算1を再度行い、特徴点の位置およびカメラの外部標定用要素の最適化を更に進める。
(1)相互標定
以下、説明を簡素にするために重複した対象を異なる位置から撮影した2枚の画像(以下ステレオ画像)を用いた相互標定について説明する。UAV200は、飛行しながらカメラ201により地表を連続して撮影し、多数の航空写真画像を得る。ここで、時間軸上で近接し、撮影範囲が重複した2枚の航空写真画像をステレオ画像として選択する。UAV200は飛行しながら撮影を刻々と行うので、上記のステレオ画像は、視点の位置が異なり、且つ、重複した対象が写った2枚の画像となる。
仮に、図3における複数の特徴点の絶対座標系における位置が判れば、図3の相対モデルに実スケールが与えられ、またカメラ201の絶対座標系における向きも特定される。これは、従来から行われている標定用ターゲットを用いた絶対標定の原理である。
上記(2)の絶対標定により得られた特徴点の位置、および外部標定要素は誤差を含んでいる。この誤差を低減するために以下に説明する調整計算を行う。この調整計算では、数1と数2の観測方程式を立て、最小二乗法による各パラメータ(特徴点(Xj,Yj,Zj)および外部標定要素(Xoi,Yoi,Zoi,a11i~a33i(回転行列)))の最適化が行われる。
(Xj,Yj,Zj):着目した特徴点の三次元座標
(xij,yij):画像i上における点jの画像上の座標
(Xoi,Yoi,Zoi):写真iの撮影時におけるカメラ201の位置
(a11i~a33i):写真iの撮影時におけるカメラ201の姿勢を示す回転行列
(LX,LY,LZ) :カメラ位置(投影中心)と反射プリズム反射点との離間距離
調整計算1を行い、収束条件を満たした(Xj,Yj,Zj),(Xoi,Yoi,Zoi,a11i~a33i)が得られたら、反射プリズム202の反射位置のズレを考慮した調整計算2を行う。調整計算2で用いる観測方程式は、調整計算1と同じ数1および数2である。
上述した方法では、標定用ターゲットを利用せずに航空写真測量におけるカメラの外部標定要素を取得できる。この技術において、標定用ターゲットを地表に配置し、画像から抽出した特徴点に対する拘束条件を加えることも可能である。この場合、数1および数2の同時計算において、数3の拘束条件を加える。
図6には、上述した(1)相互標定,(2)絶対標定,(3)調整計算1,(4)調整計算2を行う測量データ処理装置400のブロック図が示されている。測量データ処理装置400は、コンピュータとして機能する。測量データ処理装置400は、PC(パーソナルコンピュータ)やWS(ワークステーション)を用いて構成されている。
図7は、測量データ処理装置400で行われる処理の一例を示すフローチャートである。図7の処理を実行するプログラムは、測量データ処理装置400の記憶部311に記憶され、処理制御部308によって実行される。当該プログラムは、適当な記憶媒体に記憶され、そこから提供される形態も可能である。
相互標定により、カメラ201の移動経路Sを記述する相対三次元モデルが作成される。他方でUAV200搭載の反射プリズム202はTS100で測位され、その絶対座標系上における移動経路S’が実測値として特定される。
反射プリズム202への測距光および追尾光の入射角による測位位置の補正は、飛行するUAV200をTS100で測位する技術一般に適用可能である。例えば、空撮目的で飛行するUAV200をTS100で追尾する場合に、上記測位位置の補正技術を利用できる。
Claims (5)
- カメラと反射プリズムを搭載した航空機の前記反射プリズムをトータルステーションにより追尾しつつその位置を測位した測位データを受け付ける測位データ受付部と、
前記カメラが撮影した画像を用いて相互標定により前記カメラの相対的な外部標定要素を求め、前記測位データと前記相対的な外部標定要素とに基づく絶対標定により前記相対的な外部標定要素の絶対値を得、予め取得しておいた前記カメラと前記反射プリズムの位置および姿勢の関係に基づき前記外部標定要素の前記絶対値を修正する演算部と、
前記反射プリズムに対する前記トータルステーションからの測距光および追尾光の入射角度に基づき、前記反射プリズムの測位データを補正する測位データ補正部と
を有し、
前記カメラと前記反射プリズムの位置および姿勢の関係は既知であり、
前記反射プリズムは、当該反射プリズムへの入射光の角度に依存して実際の反射点の位置と設計上の反射点の位置にズレが生じ、
鉛直方向における測距光の前記反射プリズムへの入射角をθV、
水平方向における測距光の前記反射プリズム入射角をθH、
鉛直方向における前記実際の反射点の位置と設計上の反射点の位置のズレをΔv、
水平方向における前記実際の反射点の位置と設計上の反射点の位置のズレをΔh
とした場合に、(θV,θH)と(Δv,Δh)の関係は既知であり、
前記測位データ補正部は、前記カメラによる特定の画像iの撮影時における前記カメラの姿勢と、前記画像iの撮影時における前記トータルステーションの指向方向とに基づき、前記撮影時における前記(θV,θH)を算出し、
この算出結果と前記(θV,θH)と(Δv,Δh)の関係に基づき、前記(Δv,Δh)を算出し、
該算出された(Δv,Δh)に基づいて前記演算部における前記外部標定要素の前記絶対値の修正が行われる測量データ処理装置。 - 前記絶対標定では、前記相互標定で得られた前記カメラの撮影対象に対する前記カメラの相対的な移動経路を、前記測位データに基づく前記カメラの移動経路に座標変換することで、前記相対的な外部標定要素に前記絶対値が与えられる請求項1に記載の測量データ処理装置。
- 前記相互標定では、前記画像に写った撮影対象と前記画像の撮影時における前記カメラの外部標定要素との相対関係を決める相対三次元モデルが作成され、
前記絶対標定では、前記相対三次元モデルにおける前記カメラの相対的な移動経路が前記測位データに基づく前記カメラの移動経路にフィッティングするように、前記三次元モデルの縮尺の調整、平行移動、回転が行われる請求項1または2に記載の測量データ処理装置。 - カメラと反射プリズムを搭載した航空機の前記反射プリズムをトータルステーションにより追尾しつつその位置を測位した測位データを受け付け、
前記カメラが撮影した画像を用いて相互標定により前記カメラの相対的な外部標定要素を求め、前記測位データと前記相対的な外部標定要素とに基づく絶対標定により前記相対的な外部標定要素の絶対値を得、予め取得しておいた前記カメラと前記反射プリズムの位置および姿勢の関係に基づき前記外部標定要素の前記絶対値を修正し、
前記反射プリズムに対する前記トータルステーションからの測距光および追尾光の入射角度に基づき、前記反射プリズムの測位データの補正が行われ、
前記カメラと前記反射プリズムの位置および姿勢の関係は既知であり、
前記反射プリズムは、当該反射プリズムへの入射光の角度に依存して実際の反射点の位置と設計上の反射点の位置にズレが生じ、
鉛直方向における測距光の前記反射プリズムへの入射角をθV、
水平方向における測距光の前記反射プリズムへの入射角をθH、
鉛直方向における前記実際の反射点の位置と設計上の反射点の位置のズレをΔv、
水平方向における前記実際の反射点の位置と設計上の反射点の位置のズレをΔh
とした場合に、(θV,θH)と(Δv,Δh)の関係は既知であり、
前記カメラによる特定の画像iの撮影時における前記カメラの姿勢と、前記画像iの撮影時における前記トータルステーションの指向方向とに基づき、前記撮影時における前記(θV,θH)を算出し、
この算出結果と前記(θV,θH)と(Δv,Δh)の関係に基づき、前記(Δv,Δh)を算出し、
該算出された(Δv,Δh)に基づいて前記外部標定要素の前記絶対値の修正が行われる測量データ処理方法。 - コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、
コンピュータに
カメラと反射プリズムを搭載した航空機の前記反射プリズムをトータルステーションにより追尾しつつその位置を測位した測位データを受け付けさせ、
前記カメラが撮影した画像を用いて相互標定により前記カメラの相対的な外部標定要素を求めさせ、
前記測位データと前記相対的な外部標定要素とに基づく絶対標定により前記相対的な外部標定要素の絶対値を算出させ、
予め取得しておいた前記カメラと前記反射プリズムの位置および姿勢の関係に基づき前記外部標定要素の前記絶対値を修正させ、
前記反射プリズムに対する前記トータルステーションからの測距光および追尾光の入射角度に基づき、前記反射プリズムの測位データの補正を行わせ、
前記カメラと前記反射プリズムの位置および姿勢の関係は既知であり、
前記反射プリズムは、当該反射プリズムへの入射光の角度に依存して実際の反射点の位置と設計上の反射点の位置にズレが生じ、
鉛直方向における測距光の前記反射プリズムへの入射角をθV、
水平方向における測距光の前記反射プリズムへの入射角をθH、
鉛直方向における前記実際の反射点の位置と設計上の反射点の位置のズレをΔv、
水平方向における前記実際の反射点の位置と設計上の反射点の位置のズレをΔh
とした場合に、(θV,θH)と(Δv,Δh)の関係は既知であり、
前記カメラによる特定の画像iの撮影時における前記カメラの姿勢と、前記画像iの撮影時における前記トータルステーションの指向方向とに基づき、前記撮影時における前記(θV,θH)を算出し、
この算出結果と前記(θV,θH)と(Δv,Δh)の関係に基づき、前記(Δv,Δh)を算出し、
該算出された(Δv,Δh)に基づいて前記外部標定要素の前記絶対値の修正が行われる測量データ処理用プログラム。
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